本发明专利技术公开了一种可见光响应的BiVO4/TiO2/石墨烯三元复合光催化剂及其制备方法，制备方法包括如下步骤：(1)制备含有BiVO4纳米粒子的悬浮体系A和含有二氧化钛溶胶凝胶和氧化石墨烯的悬浮体系B；(2)将悬浮体系A和悬浮体系B按比例混合，加热处理，然后经分离、干燥得BiVO4/TiO2/氧化石墨烯复合材料；(3)将BiVO4/TiO2/氧化石墨烯复合材料悬浮于短链醇中并加入还原剂，水热反应后烘干，得可见光响应的BiVO4/TiO2/氧化石墨烯三元复合光催化剂。本发明专利技术制备方法简单，易于操作，成本低。利用本发明专利技术的制备方法可以简便地通过改变反应和热处理条件来调控复合光催化剂的结构和性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合光催化剂制备以及光催化氧化降解污染物领域，具体涉及一种可见光响应的BiVO4/TiO2/石墨烯三元复合光催化剂的制备方法。
技术介绍
高速发展的工业增强了我国经济实力的同时，也带来了严重的环境污染。例如，纺织工业发展伴随的有机染料污染物废水，由于其成分复杂、毒性高以及排放量大等特点，成为工业废水中最严重的污染源之一。为了有效处理这些有机污染物，研究者开发了生物法、膜法等多种高效降解技术。其中以TiO2为代表的多相光催化，由于其降解效率高、能耗小和无二次污染的优势得到了人们的广泛关注。但TiO2是一种较宽能带的半导体，仅能利用波长小于380nm的紫外光进行光降解激发，无法有效利用占实际太阳光体系50％以上的可见光。与窄带半导体纳米粒子复合是解决TiO2可见光响应的一个非常有效的方法。如TiO2与BiVO4之间复合形成二元复合光催化剂，不仅有效拓展了复合材料的光响应至可见光区，还可以解决单一BiVO4光生载流子转移速率慢等引起的光降解活性较低的问题。但目前要将该复合光催化剂应用于有机染料废水体系中还需要克服两个难点。第一，光降解活性较高的复合纳米粒子仍非常容易团聚。在制备和应用过程中，纳米复合粒子也都会由于团聚而形成大颗粒物失去光降解活性。因此如何在制备和应用过程中维持纳米复合粒子的分散性，从而保持光催化剂的活性是需要解决的第一个难题。第二，多相光催化过程都伴随着催化剂对降解物的吸附过程，而二元复合纳米粒子都属于无机粒子，都是亲水表面难以有效吸附有机物，这使得光生载流子转移至有机物分子速率变慢，导致光催化活性变差。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的两个问题，本专利技术提供一种可见光响应的BiVO4/TiO2/石墨烯三元复合光催化剂及其制备方法。一种可见光响应的BiVO4/TiO2/氧化石墨烯三元复合光催化剂，由BiVO4、TiO2和氧化石墨烯复合而成，其中BiVO4占总重量的10～30％、TiO2占总重量的的20～40％、氧化石墨烯占总重量的的30～50％。本专利技术还提供一种可见光响应的BiVO4/TiO2/氧化石墨烯三元复合光催化剂的制备方法，上述的催化剂优选采用该方法制备，包括如下步骤：(1)制备含有BiVO4纳米粒子的悬浮体系A和含有二氧化钛溶胶凝胶和氧化石墨烯的悬浮体系B；(2)将悬浮体系A和悬浮体系B按比例混合，加热处理，然后经分离、干燥得BiVO4/TiO2/氧化石墨烯复合材料；(3)将BiVO4/TiO2/氧化石墨烯复合材料悬浮于短链醇中并加入还原剂，水热反应后烘干，得可见光响应的BiVO4/TiO2/氧化石墨烯三元复合光催化剂。本专利技术目的是开发一种在可见光激发下高效降解有机染料污染物的三元复合光催化剂。小粒径的BiVO4和TiO2粒子的复合既可以利用BiVO4对可见光良好的吸收响应，又可以利用TiO2对污染物的高效降解能力。石墨烯材料的加入能有效抑制纳米复合粒子团聚的同时，也能极大提升复合催化剂对有机染料分子的吸附能力，从而提升复合催化剂的光降解性能。通过溶剂热过程一步完成BiVO4和TiO2粒子的结晶过程和石墨烯的还原过程，不仅可以有效保持复合光催化剂的分散性，得到大比表面积的复合光催化剂。也能保持小粒径的催化剂活性组分TiO2和BiVO4在结晶过程的稳定性，维持复合光催化剂的高效活性。本专利技术制备得到的催化剂中三种成分之间相互协同，共同解决了现有光催化剂分散性不好和吸附能力差的问题。本专利技术方法中TiO2和BiVO4的结晶过程和石墨烯的表面还原两个过程都通过溶剂热可以一步完成，方法简单，条件温和，并且通过调整反应和热处理过程参数即可有效调控光催化剂形貌和性能。优选地，含有BiVO4纳米粒子的悬浮体系A由如下方法制备：常温下，分别将Bi(NO3)3·5H2O按目标浓度0.1mol/L～0.5mol/L溶于浓硝酸中、NH4VO3按目标浓度0.1mol/L～0.5mol/L溶于NaOH溶液中，将两种溶液等体积混合，生成含有BiVO4的溶液，然后调节pH值至中性即得。所述浓硝酸的浓度为14.5mol/L；所述NaOH溶液的浓度为6mol/L。优选地，含有二氧化钛溶胶凝胶和氧化石墨烯的悬浮体系B由如下方法制备：将氧化石墨烯、去离子水和无水乙醇混合，超声分散后滴加钛酸四丁酯，形成所述含有二氧化钛溶胶凝胶和氧化石墨烯的悬浮体系B；其中，氧化石墨烯、去离子水和无水乙醇混合时，去离子水和无水乙醇的体积比为(1～3):50；氧化石墨烯的加入量为0.5g/L～2.0g/L；钛酸四丁酯的加入量为5g/L～50g/L。所述氧化石墨烯氧含量为10～30wt％，其比表面积为45～55m2/g。氧化石墨烯可选用Aladdin Industrial Cooperation的800目石墨粉通过Hummers法自制获得，也可通过其他途径如市场订购获得。本专利技术中上述两种悬浮体系制备方法可以得到粒径在20nm以内的均匀分散的TiO2和BiVO4复合纳米粒子。进一步优选地，由上述制备方法制备得到的中悬浮体系A和悬浮体系B在步骤(2)中的混合体积比为：悬浮体系A和悬浮体系B的混合体积比为1:10～15；进一步优选为1:13。两种悬浮体系的混合方式为：悬浮体系A逐滴加入悬浮体系B中。优选地，步骤(2)中加热处理为：110～130℃油浴锅中加热且回流6～10h。进一步优选为：120℃油浴锅中加热且回流8h。步骤(2)中所述干燥为：60℃烘箱中进行干燥处理12h。优选地，步骤(3)中BiVO4/TiO2/氧化石墨烯复合材料的质量与短链醇的体积比为(1～5)g：1L；还原剂的质量与短链醇的体积比为(1～5)g：1L。进一步优选地，悬浮体系A由如下方法制备：分别将Bi(NO3)3·5H2O按目标浓度0.4mol/L～0.5mol/L溶于浓硝酸中、NH4VO3按目标浓度0.4mol/L～0.5mol/L溶于NaOH溶液中，将两种溶液等体积混合，生成含有BiVO4的溶液，然后调节pH值至中性即得；悬浮体系B的制备过程中，氧化石墨烯、去离子水和无水乙醇混合时，去离子水和无水乙醇的体积比为(1～3):50；氧化石墨烯的加入量为0.5g/L～1.0g/L；钛酸四丁酯的加入量为5g/L～10g/L；步骤(3)中BiVO4/TiO2/氧化石墨烯复合材料的质量与短链醇的体积比为(3～5)g：1L；还原剂的质量与短链醇的体积比为(3～5)g：1L。该优选条件组合下制备得到的光催化剂粒径在20nm左右，复合粒子的粒径较小且分散性良好；在可见光的激发下能够有效去除水溶液中的罗丹明B，5小时后去除率可达80％以上。最优选地，悬浮体系A由如下方法制备：分别将Bi(NO3)3·5H2O按目标浓度0.5mol/L溶于浓硝酸中、NH4VO3按目标浓度0.5mol/L溶于NaOH溶液中，将两种溶液等体积混合，生成含有BiVO4的溶液，然后调节pH值至7即得；悬浮体系B的制备过程中，氧化石墨烯、去离子水和无水乙醇混合时，去离子水和无水乙醇的体积比为1:25；氧化石墨烯的加入量为0.77g/L；钛酸四丁酯的加入量为7.7g/L；步骤(3)中BiVO4/TiO2/氧化石墨烯复本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可见光响应的BiVO4/TiO2/氧化石墨烯三元复合光催化剂，其特征在于，由BiVO4、TiO2和氧化石墨烯复合而成，其中BiVO4占总重量的10～30％、TiO2占总重量的的20～40％、氧化石墨烯占总重量的的30～50％。
【技术特征摘要】
1.一种可见光响应的BiVO4/TiO2/氧化石墨烯三元复合光催化剂，其特征在于，由BiVO4、TiO2和氧化石墨烯复合而成，其中BiVO4占总重量的10～30％、TiO2占总重量的的20～40％、氧化石墨烯占总重量的的30～50％。2.一种可见光响应的BiVO4/TiO2/氧化石墨烯三元复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备含有BiVO4纳米粒子的悬浮体系A和含有二氧化钛溶胶凝胶和氧化石墨烯的悬浮体系B；(2)将悬浮体系A和悬浮体系B按比例混合后进行加热处理，然后经分离、干燥得BiVO4/TiO2/氧化石墨烯复合材料；(3)将BiVO4/TiO2/氧化石墨烯复合材料悬浮于短链醇中并加入还原剂，水热反应后烘干，得可见光响应的BiVO4/TiO2/氧化石墨烯三元复合光催化剂。3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，含有BiVO4纳米粒子的悬浮体系A由如下方法制备：常温下，分别将Bi(NO3)3·5H2O按目标浓度0.1mol/L～0.5mol/L溶于浓硝酸中、NH4VO3按目标浓度0.1mol/L～0.5mol/L溶于NaOH溶液中，将两种溶液等体积混合，生成含有BiVO4的溶液，然后调节pH值至中性即得。4.根据权利要求3所述制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雪杨，吴礼光，王挺，庄仁哲，陶立铭，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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